西门子模块6ES7223-1BF22-0XA8参数选型

磁敏传感器是机电系统和工控领域经常用到的传感器。

磁敏传感器是利用导体或半导体的磁电转换原理，将磁场信息变换成相应电信号的元器件。目前应用广泛的是半导体磁敏传感器，包括霍尔元件，磁阻元件，磁敏二极管，磁敏晶体管及磁敏集成电路等。此外，强磁性金属制作的磁敏元件，韦干特磁敏传感器及超导金属制成的约瑟夫逊超导量子干涉器件(SQUID)等，也是近年来开发的极重要的磁敏传感器。

1)磁敏传感器的外形结构

磁敏传感器的种类很多，应用场合也各不相同，外形结构更是多种多样。图1所示是部分磁敏传感器的外形结构图。

磁敏传感器的符号

磁敏传感器作为开关使用时的符号即磁性开关的符号如图2所示。

图2  磁性开关的符号

3）磁敏传感器的应用

磁敏传感器利用磁场作为媒介可以检测很多物理量，例如：位移、振动、力、转速、加速度、liuliang、电流、电功率等。在磁敏传感器中，霍尔元件及霍尔传感器的生产量是大的。它主要用于无刷直流电机（霍尔电机）中，这种电机用于磁带录音机、录像机、XY记录仪、打印机、电唱机及仪器中的通风风扇等。另外，霍尔元件及霍尔传感器还用于测转速、liuliang、流速及利用它制成高斯计、电流计、功率计等仪器。

一、概述

　　汽车转向泵是一种中汽车用的零部件，它为汽车动力转向系统提供一种高性能的动力源，与发动机转速相配合可以产生zhuoyue的转速liuliang特性从而使得驾驶舒适。由采埃孚转向泵金城有限公司投资的转向泵自动装配线项目位于南京新港经济技术开发区，主要生产轿车和轻型商务车用的转向泵。这种汽车部件由多个零件组成，需要借助不同的设备，按照一定的工序将它们组装起来。在整个过程中，需要对装配时的压力、位移和时间等参数进行实时监控，以满足严格的工艺要求，保证装配质量。汽车转向泵自动装配线是完成上述工序的一组设备，它共有12个工位,以实现不同的装配功能，其生产流程如图1所示。

图1 汽车转向泵自动装配线生产流程图

　　系统的控制对象包括气液增力缸式压机﹑夹具﹑压力/位移监控仪﹑密封测试仪﹑综合功能测试仪和智能螺栓拧紧系统等，由于各个工位间相互独立且有一定距离，因而各采用一台西门子PLC作为控制器，一台SIMODRIVER 611A伺服驱动器及1FT5伺服电机用于旋铆工位的分度盘旋转台控制，另有两台MicroMaster系列MMV37变频器用于生产线的物料传输系统。表1列出了该装配线使用的西门子S7-PLC型号及其在各个工位的分布。

表1 装配线使用的主要PLC产品

图2所示为该公司的厂房外景和装配线中的一个工位。

图2 生产厂房和装配线中的一个工位图

二、系统要求

　　现以工位WS1.1为例，介绍设备的工作过程。该工位将滚针轴承压入端盖，当按下启动按钮后，设备先检测轴承放置的方向，如果正确，夹具自动锁紧，启动压装过程，否则系统报警，压机不工作，同时OP3操作面板显示错误信息。压装开始后，系统同时启动CoMo II-S智能测量仪表，对压力和位移进行监测，若整个过程的压力/位移曲线满足工艺要求(位于一定的范围内)，则装配合格，绿色指示灯亮，压机退回，夹具松开，零件可转入下道工序，否则红色指示灯亮，结果不合格，系统复位后，零件经确认后转入废品站。

　　为了能实时检测压力和位移，得出两者间的实时关系曲线，并据此对过程做出评判，系统采用了Kistler的CoMo II-S智能测量仪表，它内置电荷和电压放大器，可以实时采集压力和位移两路模拟输入信号，自动选择量程和不同的坐标及佳刻度，得出测量曲线，具有阀值、公差带、方框和终位等多种分析功能，并可根据需要选择不同的组合对各种过程进行分析和监测，与PLC接口方便。压力的检测采用Kistler的压电式传感器，经电荷放大器由CoMo II-S采集到压力实时值，位移用Novotech的高精度位移传感器测量，并由CoMo II-S采集到实时值，与压力一起作为被监控的变量。压机由气压驱动的气液增力缸实现，其升降由电磁阀控制。

三、控制系统的硬件组成及软件设计

　　根据该工位的输入/输出信号的点数要求，选用CPU214 PLC作为控制核心，并扩展了一块EM223数字量模块，共有22位数字量输入点，18位数字量输出点。为了显示系统状态和输入控制参数，选用了一台OP3操作面板，经PPI通讯接口与CPU214连接。控制系统的硬件组成如图3所示。

图3 工位WS1.1 控制系统组成图

系统中的I/O地址分配如下表所示：

表2 工位WS1.1的I/O地址分配表

　　控制软件用STEP7 Micro/Win编写，OP3由ProTool组态软件进行配置。控制程序分自动和手动两部分，在手动部分，通过OP3可以操纵所有运动机构的动作，包括压机、夹具的动作，CoMo II-S的参数选择及启动，便于系统调试。在自动部分，所有动作按要求的次序完成，程序中定义了一些内部标志寄存器位，用于PLC和OP3间交换信息，同时也使用了顺序寄存器指令，使各程序步间互锁，tigao了系统的可靠性。自动部分的软件流程如图4所示。

图4 控制系统软件流程图

四、结束语

　　汽车转向泵自动装配线采用西门子S7系列PLC控制，不仅简化了系统，tigao了设备的可靠性，也大大tigao了成品率和产品质量，通过操作面板修改系统参数就可以实现多种不同产品的装配，现场设备的工作状态和产品信息都在操作面板上显示出来，方便了用户的操作和维护。该装配线自2001年投入运行以来，工作稳定可靠，加工出的产品经设备的严格测试，质量和性能完全符合要求，受到了用户的好评。

　1. 概述

　　智能伺服技术是近年来新兴的一种机电一体化技术。它是在传统伺服驱动技术的基础上，融合了运动控制技术、DSP技术、PLC技术、现场总线技术等多种现代控制技术而形成。智能伺服产品具有智能化、网络化、模块化、数字化等特征，是未来伺服技术发展的方向。

　　本文介绍的 iPack2000多轴伺服枕式包装机控制系统基于我国自主研发的iDrive 智能伺服，以一体化高集成度的智能伺服解决方案，替代传统的PLC+伺服驱动器的方案。iDrive 智能伺服控制器内建电子凸轮和色标抓取和补偿功能，兼容热切和冷切工艺，通过伺服驱动系统底层实现双轴同步，系统响应快，同步精度高，电控设备成本较传统脉冲伺服方案降低40%。驱动器可以和HMI实现直连通讯，大大增强了控制系统的简洁性，减少了设备调试所需的时间。

2. 基于脉冲的传统系统和智能伺服系统的比较

　　图1和图2显示了传统的PLC+伺服驱动系统方案以及采用智能伺服控制器的iPack2000系统方案结构对比。

　　图1. 基于PLC和脉冲伺服的解决方案

　　图2. 基于智能伺服的解决方案

　　从图1和图2的对比可以看出，智能伺服的控制方案采用了内置控制器替代PLC，在一个双轴iDrive智能驱动器内部实现两轴(切刀轴和送膜轴)的同步以及电子凸轮关系，色标补偿也在同一智能伺服控制器内部完成，系统响应大大tigao，系统结构简化，成本也显著降低。同时，由于采用了总线型的结构，采用智能伺服的系统方案更加灵活，可以非常容易地变化为双轴系统或者四轴乃至多轴系统。

3. 内置电子凸轮的智能伺服系统的枕式包装解决方案

　　下面以图2所示的三轴伺服枕式包装机控制系统为例对系统各部分进行说明，该枕式包装机横向封切方式为热封冷切，即先进行热封，再进行横切。系统也能方便地通过设置，兼容常见的热封热切工艺。设备运行过程中，横封横切刀的运行速度保持匀速(以下简称主动轴)，送膜轴(以下简称从动轴)的速度以凸轮关系运行，并引入色标补偿。凸轮的功能是并保证在横封和横切时，送膜轴的运动和横封刀以及横切刀的在切割点的运动保持严格同步。送料轴以送膜轴的实际运动速度和位置，与之保持严格同步。切刀近点传感器信号的引入是应某枕式包装机制造商的要求而设置的，目的是为了防止色标信号的误检测。此功能也可以不用引入传感器信号，而在系统内部以软件的方式实现。

　　3.1 工艺流程

　　包装物经过送料机构被送进包装膜内，先完成纵封作业;之后装物在纵封后的包装膜内继续前进，进入横封横切工艺，完成进行横封和横切，终成为成品。

　　3.2系统框图

　　如图3所示系统共有三个伺服轴，由一台双轴iDrive智能伺服和一台单轴智能伺服以RS485总线方式实现联网控制，由双轴iDrive作为主控制器。双轴iDrive内置的两个伺服驱动模块分别用于控制横封(横切)刀轴和送膜轴，单轴iDrive控制送料轴。其中从动轴(即送膜轴)以设定的电子凸轮跟随主动轴(横封横切轴)运动，保证横封横切的严格同步，同时从动轴根据由色标信号检测得到的位置补偿信号对从动轴进行位置补偿，送料轴则根据从动轴的实际位置与之保持完全同步跟随运动。I/O信号中的切刀信号和色标信号直接连接到双轴iDrive的I/O接口中。Jog运动模式的控制信号也接入双轴iDrive的I/O口，包括用于调试的从动轴的向前运动和向后运动两个运动方式控制开关。图4显示了伺服系统的接口以及主动轴和从动轴的分配。

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　　图3. 控制回路示意图

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　　图 4. 双轴iDrive主动/从动轴设置

　　3.3 系统设定以及电子凸轮

　　1) 图5、图6和图7显示了本系统的调试界面，此调试界面主要提供给机器制造商使用，参数的调试可以在PC上实现，也可以在通用的HMI上完成，也可以根据客户的具体要求来进行软件定制。

　　图5. iPack2000参数设置界面

　　图6. iPack2000电子凸轮计算(凸轮位置曲线)

　　图7. iPack2000电子凸轮计算(凸轮速度曲线)

　　图6和图7显示了iPack2000电子凸轮的计算，图6显示的是主动轴位置和从动轴位置值的对比曲线，其中横坐标是主动轴位置值，纵坐标是从动轴的位置值。图7显示的是在一个包装区间内从动轴的速度曲线，从中可以看出有两个速度同步区，分别是横封同步区和横切同步区。对于常见的热封热切工艺，则只需要设置一个同步区即可。

　　3.4 色标补偿量的计算

　　l 补偿量计算

　　补偿量的计算主要依靠色标信号和切刀近点信号，如图8所示。补偿测量值为 L=L1+L2/2，即补偿测量值为切刀近点信号到色标信号之间的电机编码器脉冲数加上色标宽度的一半。

　　取得补偿测量值以后，系统再进行净补偿值的计算，其方法是：

　　净补偿值=补偿标准值-补偿测量值;

　　l 补偿区域

　　得到净补偿值以后就需要对从动轴的运动速度进行补偿，为了保证横封横切时包装物输送速度的平稳性，需要避开主动轴和从动轴的同步区域进行补偿工作。补偿区域的设置如图9所示。

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　　图 8. 补偿量计算和补偿点选择说明

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　　图 9. 补偿区域说明

　　3.5 采用切刀近点信号或软件方法避免误色标信号误检测

　　从上面的系统工作流程中可以看出，系统将不断检测色标，并根据检测到的误差，对送膜轴的运行进行补偿，确保横封横切的位置准确。但包装膜上也有可能存在污染或其他印刷图案，容易引起色标检测的误检测。为解决此问题，在系统中引入切刀近点信号，以此信号作为色标检测的起始信号，在此范围以外的区域将不进行色标信号的检测，如图10所示。

　　图10. 色标检测区域示意